Шпаргалка по "Теории электропривода"

-        двигатель постоянного тока с питанием от тиристорного или транзисторного преобразователя - ТП-Д;

-        асинхронный вентильный каскад на базе асинхронного двигателя с фазным ротором и тиристорного преобразователя -ABK.

К числу перспективных  электроприводов следует также  отнести шаговые электроприводы и вентильно-индукторный электропривод.

15. Структурные схемы разомкнутых  и замкнутых систем АЭП.

По особенностям структуры  систем автоматического управления электроприводов и каналов информации, используемых в САУ, различают три вида систем управления: разомкнутые, замкнутые, комбинированные.

Структурная схема замкнутой системы АЭП.

Современный электропривод представляет собой электромеханическую систему, преобразующую энергию в механическую  для приведение в движение рабочего органа (PO) производственного механизма и управления его технологическим процессом. Он состоит из двигателя (М), системы автоматического управления (САУ) и механической передачи (МП) от двигателя к РО, снабженный САУ, называется автоматизированным.

Структура его в общем  виде приведена на рис.2.1.

 

Механическая   передача служит    для  согласования  движений   двигателя и рабочего органа.   В качестве   МП  используют редукторы, муфты, передачу   винт-гайка, кривошипно-шатунный механизм и др. Управление двигателем осуществляется с помощью системы автоматического управления     (основные операции управления выполняются  безучастия человека), включающей силовую схему (преобразовательное устройство ПУ) и маломощную систему управления (СУ).

Преобразовательное устройство служит для преобразования, например, трехфазного напряжения промышленной частоты переменного тока в напряжение постоянного тока (выпрямители) или в напряжение также трехфазного, но другой величины и частоты (преобразователи частоты). Преобразовательное устройство, двигатель и механическая передача составляют силовую часть электропривода.

В замкнутых системах при помощи различных датчиков осуществляется измерение регулируемой величин и передача их в систему управления, т.е. получается замкнутый цикл управления, осуществляемый с помощью по меньшей мере одной обратной связи (связь выхода системы с ее выходом). С ее помощью производится сравнение заданного и фактического значения регулируемой координаты. Такая связь называется главной обратной связью (ГОС). Кроме нее, применяются дополнительные обратные связи, повышающие устройство и качество системы. Системы, содержащие только одну ГОС, называются одноконтурными, несколько ГОС – многоконтурными.

Любая замкнутая система  состоит из следующих основных элементов (рис. 2.2,а):

а) задающего элемента (ЗЭ), формирующего заданный на входе  системы закон;

б) элемента сравнения (ЭС), который сравнивает входной сигнал Хвх с сигналом главной обратной связи Х вых. И выдает на выходе сигнал ошибки (рассогласование), ΔХ = Х_вх – Х_вых;

Сигнал ГОС, как правило  – отрицательный, благодаря чему ΔХ сводится к нулю;

в) усилительного элемента (УЭ), силового преобразователя, (СП), исполнительного двигателя (ИД) и объекта управления (ОУ);

г) измерительно-преобразовательного  устройства (ИПУ), с помощью которого выходные переменные измеряются и преобразуются в пропорциональные им электрические сигналы. В состав ИПУ могут входить тахогенераторы; измерители тока, положения; цифроаналоговые или аналого-цифровые преобразователи и др.

 

 

 

Замкнутые системы, построенные  по принципу  комбинированного управления (рис.2.2,б), от ранее рассмотренной тем, что имеют дополнительно промежуточный элемент, через который на вход подаются сигналы, зависящие от возмущающих воздействий f , с целью уменьшения или полного исключения ошибки при возмущении.

К разомкнутым системам управления АЭП относят релейно-контакторные схемы. Управление процессами пуска, реверса и торможения в релейно-контакторных схемах осуществляется в функции времени, величины скорости, тока или пути. Выбор того или иного принципа управления зависит от технологических требований и простоты реализации.

Управление в функции  времени выполняется с использованием реле времени. Тип применяемого реле времени определяется величиной требуемой выдержки времени и родом тока, на котором работает схема управления. В схемах управления электроприводами чаще всего используются электромагнитные реле времени постоянного тока. Эти реле включаются практически мгновенно, а отключаются с выдержкой времени. Этот тип реле обеспечивает выдержки времени до 15с. При необходимости получения более продолжительных выдержек времени обычно используют электропневматическое реле.

При реализации принципа управления в функции скорости используется электромеханическое реле контроля скорости, устанавливаемые на валу двигателя. Контакты этого реле замыкаются в зависимости от величины скорости и направления вращения. В схемах с реостатным пуском, реверсом и торможением в качестве реле контроля скорости используются электромагнитные реле напряжения, включаемые на напряжение якоря или ротора.

Управление в функции  тока выполняется с использованием реле максимального или минимального тока, включаемых в силовую цепь.

Управление в функции  пути реализуется с использованием контактных или бесконтактных путевых  выключателей, которые переключают  свои контакты или выходной сигнал, когда механизм достигает заданного напряжения.

16. Схема нереверсивного электропривода  по системе ТП-Д с подчинённым  регулированием скорости и тока.

Схема системы управления скоростью двигателя за счет регулирования напряжения на якоре при наличии подчиненного токового контура (рис. 2-13, а) находит сегодня самое широкое распространение. Токовый контур включает в себя регулятор тока (РТ).

На его входные сопротивления R_з.т и R_т подаются сигналы задания тока якоря u_р.с с регулятора внешнего контура скорости и датчика тока (ДТ) u_д._т. Назначением ДТ, включенного на шунт Ш, является преобразование тока якоря в пропорциональное ему напряжение, соответствующее уровню стандартного напряжения элементов системы управления, а также гальваническая развязка якорной цепи двигателя и цепей управления. Выходное напряжение РТ подано на систему управления ТП. Благодаря применению блока t ограничения (БО) выходное напряжение регулятора скорости (PC) не может превысить значения U_{р.с.огр.}. Этим достигается ограничение тока якоря на заданном уровне.

Система в любом режиме будет  ограничивать якорный ток значением I_я.макс которое может быть превышено только в первый момент после ограничения PC за счет переходного процесса в токовом контуре.

За счет действия токового контура система быстро отрабатывает возмущения в виде изменений напряжения сети. Если напряжение сети изменится скачком, то в первый момент так же изменится и ЭДС ТП. Это приведет к изменению якорного тока, и лишь затем начнет изменяться скорость, Регулятор тока будет восстанавливать ток за счет воздействия на ТП. Если быстродействие токового контура велико, прежнее значение тока будет быстро восстановлено за счет изменения напряжения u_с.у на входе ТП и отклонение скорости вследствие изменения напряжения сети будет небольшим.

17. Схема реверсивного электропривода  по системе ТП-Д с раздельным  управлением вентильными группами и подчинённым регулированием скорости (двухзонным). Две основные схемы включения вентильных групп-а) встречно-параллельная и б) перекрёстная.

В системах двухзонного  регулирования скорости основная часть (до номинальной скорости) всего  диапазона регулирования обеспечивается изменением напряжения на якоре двигателя от нуля до номинального значения при номинальном потоке возбуждения, а при скорости выше номинальной (в верхней части диапазона регулирования) – изменением потока возбуждения двигателя при постоянном напряжение на якоре или ЭДС двигателя.

В системе двухзонного  регулирования (рис. 2-16) двигатель М  питается от тнрнсторного преобразователя (ТП), а его обмотка возбуждения (ОВМ) — от тиристорного возбудителя (ТВ). Система управления электроприводом включает в себя две взаимосвязанные системы: а) воздействующую на напряжение ТП систему регулирования скорости с регулятором PC и подчиненным контуром регулирования тока якоря с регулятором РТЯ, аналогичную изображенной на рис. 2-13 (задатчик интенсивности не показан); б) систему регулирования ЭДС с регулятором ЭДС РЭ и подчиненным контуром регулирования тока возбуждения с регулятором РТВ.

Подчиненный контур регулирования  тока возбуждения замкнут приходному напряжению датчика тока возбуждения (ДТВ), причем на входе РТВ по каналу обратной связи предусмотрен фильтр с постоянной времени Т_ф, образованный резисторами и R`_τв и R``_τв конденсатором С_т._в. Входным сигналом для контура тока возбуждения является выходное напряжение регулятора ЭДС. Последнее ограничено с помощью блока ограничения БО2 на значении U_р.э.огр соответствующем номинальному току возбуждения. На входе РЭ сравниваются постоянное значение задающего напряжения U_a с напряжением датчика ЭДС ДЭ.

Этот датчик представляет собой суммирующий усилитель, на один вход которого через фильтр, образованный резисторами R`₁ и R``₁ конденсатором C₁ подается напряжение и_д.н датчика напряжения (ДН), а на второй — с резистором R₂ — напряжение и_д.τ датчика тока якоря (ДТЯ).

 

Изменение направления  тока в нагрузке, необходимое на практике (например, реверсивный электропривод), может быть осуществлено без применения переключающих аппаратов. Для этого достаточно иметь два комплекта вентилей тиристорных преобразователей, каждый из которых обеспечивает протекание тока только в одном направлении.

Все существующие схемы реверсивных  тиристорных преобразователей можно  разделить на два класса: встречно-параллельные и перекрестные. Наибольшее распространение в трехфазных мостовых схемах выпрямления получила встречно-параллельная схема соединения комплектов вентилей, так как в ней используется более простой двухобмоточный трансформатор (рис. 1, а), и, кроме того, она допускает применение бестрансформаторного питания вентильных комплектов непосредственно от сети трехфазного тока.

В перекрестной схеме (рис. 1, 6) обязательным является трансформатор Тр с двумя комплектами вторичных обмоток, что ведет к усложнению конструкции, увеличению габаритной мощности и удорожанию трансформатора.  
В зависимости от полярности напряжения на нагрузке Н и направления тока Iн в ней в реверсивном тиристорном преобразователе возможны следующие режимы:

1. Напряжение и ток в нагрузке совпадают и имеют прямое направление — первый комплект вентилей УВ1 работает в выпрямительном режиме. При этом угол управления а1 у вентилей этого комплекта 0 < а1 < 90°, и нагрузка потребляет энергию.

2. Напряжение на нагрузке обратное, но ток в нагрузке продолжает протекать в прямом направлении — комплект УВ1 работает инвертором (90° < а1 < 180°). Энергия из цепи нагрузки отдается в сеть.

3. Напряжение и ток нагрузки  обратные — комплект УВ2 работает выпрямителем (0 < а2 < 90°), и нагрузка потребляет энергию.

4. Напряжение на нагрузке прямое, а ток обратный — УВ2 работает в инверторном режиме (90° < а2 < 180°), и нагрузка отдает энергию в сеть.  
Перевод тиристорного преобразователя и нагрузки из одного режима в другой осуществляется путем воздействия на углы управления вентильными комплектами.

Рис. 1. Схемы реверсивных  преобразователей: а — встречно-параллельная; б — перекрестная  

В реверсивных тиристорных  преобразователях необходимо, чтобы переход тока от одного вентильного комплекта к другому переходил без пауз, ухудшающих динамические характеристики тиристорных преобразователей, и чтобы в контуре, образованном обеими группами (в схемах на рис. 1 этот контур показан стрелками), уравнительный ток, бесполезно загружающий вентили и трансформатор, был бы сведен к минимальному значению.  
Эти требования выполняются, если равны постоянные составляющие напряжений комплекта, работающего в выпрямительном либо в инверторном режиме, и другого комплекта, через который в данный момент времени ток нагрузки не проходит и управление которым подготовлено соответственно к инверторному или выпрямительному режиму.

Полное устранение уравнительного тока может быть получено при раздельном управлении комплектами вентилей. Оно заключается в снятии управляющих импульсов с вентилей того комплекта, который в данный момент не проводит ток. В этом случае один из комплектов вентилей всегда заперт и контур для протекания уравнительного тока отсутствует. Благодаря этому из схемы можно исключить ограничивающие реакторы и полностью использовать установленную мощность тиристорных преобразователей, так как выпрямительный комплект можно открывать с нулевым углом управления. Однако при этом усложняется система управления тиристорными преобразователями, так как приходится вводить в систему датчики тока комплектов вентилей УВ1 и УВ2 либо датчик тока нагрузки ДТ (рис. 3). При спаде тока, протекающего через работающий комплект вентилей либо тока определенного направления в нагрузке до достаточно малого значения, логическим устройством ЛУ вырабатываются команды, управляющие ключами К1 и К2. Последние снимают управляющие импульсы, например, с системы управления СУ1, и подают импульсы на систему управления СУ2 другого комплекта вентилей тиристорных преобразователей.

 
Рис. 3. Функциональная схема управления преобразователем, питающим якорную цепь электродвигателя

Углы управления вышедшего  из работы и вновь вступившего  в работу комплектов должны отвечать уравнению согласованного управления а1 + а2 = 180°. При этом не нарушается непрерывность результирующей регулировочной характеристики. Одновременная работа вентильных комплектов тиристорных преобразователей должна быть надежно исключена даже в течение коротких интервалов времени, поскольку при отсутствии ограничивающих реакторов броски уравнительного тока могут быть весьма значительными.